中国近海风电场浅谈

陈冬晓++顾平++石昌雪

摘 要：近年来，中国的风电建设迅速发展，但是陆上风电场受到土地等众多因素制约，且目前逐渐饱和，近海风电场越来越成为风电发展的趋势和方向，近海风电场具有风能资源丰富、利用率高、风速较高且持续性较长，电量产出较高，不受土地的限制，对周边环境影响较小等优点。

关键词：近海风电场 腐蚀 台风 结冰 管理

中图分类号：TK89 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0114-01

1 近海风电场的发展展望

在中国近海，风能资源十分丰富，主要集中在中国东南海岸地带，有效风能密度超过300 W/m2。在5 m到25 m水深，50 m高处，风能资源达到200 GW，在5 m到50 m水深，高度在70 m处，风能资源达到500 GW，所以有很广阔的风能资源有待开发利用，截止到2011年，全球近海风电装机容量为3980 MW，大概在中国有209.9 MW，在中国“第十二个五年计划”中，近海风电场作为一个重要的发展议题被提上日程。根据最初的统计数据，在中国近海风电装机容量预期在2015年达到5 GW，在2020年达到30 GW，江苏省、山东省将会是近海风电场主要的发展基地，其他的省份如：河北、上海、浙江、福建、广东、广西、海南等将会继续推动其省份内的近海风电事业的发展[1]。

从这些省份的发展近海风电计划可以看出，具有最大潜能的近海风电场的发展基地将会坐落在山东、江苏两省，因为仅江苏省就有1000 km的海岸线，相当于中国总体海岸线区域的1/4，而且沿着海岸线具有世界上最大的放射状沙脊，这些特征为江苏省风电的发展提供了广阔的前景，据报道，将会超过10座近海风电场会在江苏省海岸地带进行建设。

青岛在山东省作为一个主要的近风电场发展基地，青岛三面被海环绕，海岸线长度超过800 km，约占山东省海岸线的四分之一，在这里有丰富的风能资源，去年“山东半岛蓝色经济区”被山东省提上日程，主要包括鲁北、莱州湾、亳州、长岛、以及山东半岛北部，海上风电场将会在“第十三个五年计划”中结完成，近海风电装机容量达到10，000 MW。

2 一般风电场的选址要求

风电场的选址主要从以下几个方面进行考虑。

（1）风功密度等级，达到3级以上具有开发价值。（2）应尽量选择地震烈度小，地质灾害少，工程地质和水文地质条件较好的场址。一般要求承载力较好，岩土层较均匀，满足荷载要求。（3）极端天气出现较少，如强沙尘暴、台风、低温、雷击、积冰等。尽量避免灾害天气频发的地区[2]。（4）交通运输和安装条件，进出场地要方便，避免建设进出道路，增加成本，风电叶轮安装需要一定的场地，主风向方向要开阔，无障碍物。（5）联网线路，靠近合适电压等级的变电站，减少线路敷设长度及损耗。（6）环境影响，风电场选址时应注意与附近居民、工厂、企事业单位（点）保持适当距离，尽量减小噪音污染；应避开自然保护区、珍稀动植物地区以及候鸟保护区和候鸟迁徙路径等。（7）其他，主要包括风电机组的设置地形，坡度不易过大，机组之间的间距易在4～6倍叶径，湍流等。

3 海上风电场发展的技术难题

毫无置疑，近海风电场在中国还处于起步和探索阶段，仍有许多的困难和技术问题需要突破。总体来说，目前近海风电遇到有三方面的困难和问题：一是在海岸恶劣环境下风机叶轮设计和安装上的技术难题；二是风电场的管理和运行的问题；三是高成本的问题。

恶劣的海岸自然环境，如盐雾腐蚀、大浪、结冰、台风等，这些自然环境条件要求风机具有抵抗这些灾害的能力和技术条件。

3.1 盐雾腐蚀对叶轮的影响

中国东南沿海地区属于亚热带季风气候，含有盐分的海上雾气被季风吹送至风电场，加速了盐雾腐蚀叶轮的速度，叶轮是有高强度金属材料制作而成，例如：铁、铝、铜等，盐雾腐蚀能够降低叶轮的性能、影响其正常的运行、甚至导致紧急停机事故的发生。所以在有盐雾腐蚀下的海岸风电机组应做防腐处理，例如：镀锌或者采用不锈钢等材料。

3.2 台风的影响

当风机组遭受强台风时，风速超过风机设计上限时，倒塔、叶轮弯曲、坠落等事故可能会发生，在中国东南沿海台风的影响十分突出，每年大约会出现1～3次台风，台风在广东省每年登陆3次，在发到国家，已经建立了台风监测基地，在中国目前还未建立完善的监测台风的基地，80%的台风不仅影响中国沿海地带，还会形成超过6 m高的大浪，可能会造成近海风电场地基和风机损坏，所以有必要加紧研究评估近海风电场地基在台风波浪下的影响。

3.3 浮冰碰撞的风险

每年冬季，在渤海、黄海北部就会出现不同程度的结冰现象，中国结冰最严重的海域位于辽东湾北部，在最近几年，该区域北离岸30 km区域被10 cm厚冰层覆盖，甚至有时出现被30到40 cm厚的冰层覆盖，且面积达到70000 km2。

冰层的碰撞和挤压作用可能会导致风机基础失稳或者破损，围绕风机基础结的冰会随着水位的变化发生起伏和降落，并同时来回施加压力和拔出力对风机基础，导致风机基础丧失支撑力。如果风机坐落于结冰的近海区域，风机基础的必须考虑海水结冰对其的影响。

3.4 风机组运行和管理的难题

陆上风电场一般设有自己的运行和管理中心，且对其进行维护和管理比较方便，但是，对近海风电场，由于其恶劣的自然环境条件，如盐雾腐蚀、台风、大浪等，这将会导致检维修的频次增加，极大地增加检维修的成本，如果涡轮、叶片、齿轮箱等大型物件坠落，大型起重设备将会使用协助其检维修、重新安装等工作，这也会导致成本急剧增加，一般来讲近海风电场的维护运行成本将会是陆上风电场运行维护成本的2～4倍，所以十分有必要研究呢设计专门的机械设备用于近海风电场的检修、维护、运行，以减少其运行管理成本。

4 结论

本文初步分析了近海风电场的发展前景展望，并提出了一些面临的技术难题，指出了近海风电场有待研究的方向，未近海风电的发展提供一定的参考依据。

具体如下：（1）加强风机的防腐蚀材料的研制。（2）加强风机基础在台风、大浪、结冰的环境下的稳定性研究，增强基础的抵抗能力。（3）加快研制符合近海风电场的维护设备，包括大型构件的安装、维护等。

参考文献

[1] Liu Lin， Ge Xuho， Zhang Yibin， Ming Yin， Li Li. Analysis on status quo of china's offshore wind power development.Energy Technol Econ 2012，24（3）：66-72.

[2] 吴培华.风电场宏观和微观选址技术分析[J].科技情报开发与经济，2006，16（15）.

[3] 于力强，苏蓬.风电场选址问题综述[J].中国新技术新产品，2009（7）.endprint